煤矿深部开采方法
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摘要:煤炭资源从浅部开始开采，随着煤炭采出，开采煤层的埋藏深度必然要增加，开采规模扩大和机械化水平提高加速了生产矿井向深部发展。随着世界国煤矿开采规模的扩大 ,开采深度的逐渐增加 ,深部开采中遇到的各种技术问题日益增多 。煤矿深部开采存在地压大、地温高、瓦斯含量大的特点，在开采过程中存在很多问题，巷道维护和工作面支护问题困难；温度过高工人工作环境艰难；瓦斯含量过高，在处理瓦斯及预防管理环节复杂。本文通过对煤矿深部开采存在问题、主要特征、深井矿山压力控制以及未来发展趋势做以详细介绍。
关键词：煤矿；深部开采；巷道维护；矿压控制
0 引言
煤矿深部开采技术是当今世界主要深井开采国家(如德国、 原苏联、 波兰等)十分关注的问题之一。随着我国煤矿开采规模的扩大，开采深度的逐渐增加，深部开采中遇到的各种技术问题日益增多，对当前的煤矿生产和今后矿井建设的影响日趋严重。因此，研究深部开采问题，对安全、 经济、 合理地开发深部煤炭资源无疑有特别重要的意义。
1 国内煤矿深部开采的现状
煤炭资源从浅部开始开采，随着煤炭采出，开采煤层的埋藏深度必然要增加，开采规模扩大和机械化水平提高加速了生产矿井向深部发展。煤矿深井开采是世界上大多数主要采煤国家目前和将来要面临的问题，我国东部地区经济发达，能源需求量大，矿井延深速度快，一些国有煤矿已开始转向或即将进入深部开采。
2 煤矿深井开采的发展前景
煤矿深井开采技术是当今世界主要深井开采国家（如德国、俄罗斯、波兰等）十分关注的问题之一。它们在深矿井开采的地压控制、制冷降温以及瓦斯管理等方面做了大量研究，并取得了许多成功的经验。我国是世界第一产煤大国，据煤炭资源开发和资源保护研究指出，在我国预测总储量中73.2％埋深在1000m以下，浅部储量较少。随着我国煤矿开采规模的扩大，开采深度的逐渐增加，深部开采已经成为煤矿生产的必然过程。
3 煤矿深井开采的主要特征
3.1 地压大
(1)原岩应力。(2)岩体塑性大 。(3)矿山压力显现剧烈。
3.2 地温高
一般情况下，地温随深度增加而呈线性增加，其增高率用温度梯度(℃／hm，hm＝100m)表示。在深矿井开采中，矿井温度一般都比较高，会影响人体健康，有时甚至会远高于人体所能承受的最高温度。
3.3 矿井瓦斯大
（1）矿井瓦斯(绝对)涌出量大。（2）瓦斯突出(煤与瓦斯突出)频度大，突出的量大。
4 煤矿深部开采存在的问题
4.1 煤岩破坏过程强化，冲击地压危险性增加
我国发生冲击地压的深度在200～1000m，由于开采深度的增加，煤岩体应力升高，有冲击地压危险的煤层数量增加，有冲击地压的矿井逐渐增多。发生冲击地压矿井50年代为7个，60年代为22个，目前已增加到33个。经调查发现，冲击地压发生的次数、强度和危害程度随深度的增加日趋严重。
4.2 瓦斯压力增高，煤与瓦斯突出危险严重
我国是世界上煤与瓦斯突出最严重的国家之一，截止1986年，已发生突出的矿井200多个，突出次数约为12000次，约占世界发生总突出次数的1/3。从国内外开采实践上看，矿井深部开采时瓦斯涌出量一般比较大，煤与瓦斯突出的问题已成为深部开采中不容忽视的重要问题。经研究表明，我国煤矿煤与瓦斯突出有随采深增加而瓦斯压力增高，瓦斯涌出量增大的趋势。
4.3 矿井生产费用升高，经济效益下降
随着采深的增加，勘探强度加大，地压、地温升高，冲击地压及煤与瓦斯突出危险增大，相应的要采取一系列措施，如增加设备，加强支护等。同时，井下需要维修的巷道长度增加，到工作地点的距离和时间增加，提升高度大、时间长，主副井提升系统、排水系统环节增多，通风系统趋于复杂。这些都导致煤炭生产成本增加，吨煤成本生产费用提高，经济效益迅速下降。[1].
5 煤矿深部开采矿压显现规律与控制
5.1 煤矿深部开采矿压显现的基本特点
开采深度的增加是矿井生产的自然规律，随之而产生岩石温度增加，地压增大，岩石破坏过程强化，巷道围岩变形剧烈，冲击地压强度增大和频度增加等自然现象。它将严重影响着煤矿的安全生产和经济效益。
深部煤层开采复杂化的主要影响因素是矿山压力，在高应力作用下，围岩移动更为剧烈，巷道产生变形和破坏也更为严重，巷道围岩变形速度快、变形量大，巷道周边变形范围大；巷道对支架的工作特性要求高，初撑力、工作阻力和可缩量均大，即使开掘在底板岩石中的巷道，用拱形金属支架和各种结构封闭式支护的巷道有时也遭巨大变形。巷道从使用期间维护困难已发展到掘进期间维护困难，掘出后废弃的巷道增多，巷道掘好后不久将失稳，围岩收缩变形较大，其巷道稳定性随深度增加而逐渐恶化，使深部巷道的维护费用剧增。
5.2 煤矿深井巷道的矿压控制
1）优化巷道布置
采准巷道的布置应避开煤柱集中应力、构造集中应力、采动应力的影响，选择在岩性较为稳定的岩石中。深部采区主要准备巷道应以岩巷为主或至少布置一条岩巷。随着深度的增加，回采工作面推进后煤体塑性区增加，致使区段煤柱留设宽度随之增加，为保证采区回收率，减少巷道维护，工作面回风(运输)平巷宜采用无煤柱护巷的形式。巷道施工在遇到以压应力为主的褶曲、逆断层时，巷道方向尽量与褶曲轴或断层走向垂直或斜交；在遇到以拉应力为主的正断层时，巷道方向则与断层走向一致或斜交，从而达到减小矿压显现的目的。回采巷道布置的方位应使工作面离开断层推进，使采区一翼内工作面同向推进。避免巷道相向掘进和巷道近距离平行布置，减少相交巷道(或避开锐角)，从而减小应力集中，减少发生冲击地压的危险性。
2）改革巷道支护形式
对国内外大量深井开采矿井的研究表明，布置在中硬以下岩层中的巷道变形破坏严重（特别是受采动影响后），当采深在800～1000m以上时，在中硬及中硬以上岩层内布置的巷道，若采用传统的支护方式，巷道维护仍很困难。因此，深井中，除要求合理布置巷道位置外，还应根据深井矿压特点，巷道支护必须满足既能加固围岩又能提供较大的支护力、具有较大的可缩性和一定的初撑力等要求，根据围岩状况和巷道条件，采用不同的支护形式。
5.3 煤矿深井回采工作面的矿压控制
1）深井回采工作面矿压控制的特点
深部采场矿压控制特点由深部采煤工作面顶板岩性变化特点和可能发生的冒顶事故类型决定。经调查，深矿井开采煤层的顶板岩性变化随着采深增加，顶板岩层有逐渐变碎和强度降低的趋势；随采深增加，断层、裂隙、层理和节理逐渐发育，同一层位的岩层分层厚度逐渐变薄，弱面增多，采场顶板悬顶长度逐渐减小，由不容易垮落变得容易垮落；在顶板岩层变碎和强度有所降低的情况下，深井采场出现漏垮型冒顶事故的可能性加大。[2]
6 结论
煤炭资源从浅部开始开采，随着煤炭采出，开采煤层的埋藏深度必然要增加，开采规模扩大和机械化水平提高加速了生产矿井向深部发展。问题是不仅是目前一些深矿井面临的问题 ,而且从长远看 ,它将是我国今后进一步开发利用深部煤炭资源的带有战略意义的问题。煤矿深部开，巷道无论采取何种支护方式，巷道断面的设计都应考虑顶底板的移近量和巷道断面的收缩量；扩大巷道断面和巷道高度，一般断面增加20 %～35 %，中高增加30 %以上。减少围岩变形量的有效措施。一是增加支撑强度；二是采用混合支护 ,如锚、 支、 锚、 网、 喷等支护方法。
参考文献
[1] 孙建华 ,张小洲.平煤五矿井下降温措施与效果[J].煤矿安全 ,2001 ,32 (4)：20~22.
[2] 吴超.《矿井通风与空气调节》.中南大学出版社，2008年8月第2版.
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